[논문]마이크로스피커에서 공명진동수와 QTS 사이의 연관성

오세진

doi:10.3740/mrsk.2011.21.7.403

Abstract ▼ AI-Helper

Micro speakers are used to reproduce sound in small electric and information and communications devices, such as cellular phones, PMPs, and MP3 players. The acoustical properties and sound quality, which are changed due to the decreased size of the speaker, are often adjusted varying the type and th...

Micro speakers are used to reproduce sound in small electric and information and communications devices, such as cellular phones, PMPs, and MP3 players. The acoustical properties and sound quality, which are changed due to the decreased size of the speaker, are often adjusted varying the type and thickness of the diaphragm. The most widely used diaphragm material is thin polymer. It was previously reported by the author of this paper that the resonance frequency of a micro speaker is changed by the type and thickness of a polymer diaphragm. In this paper, the frequency response near the resonance frequency of a micro speaker was studied as functions of the type and thickness of the polymer diaphragm. While $R_{max}$ and $R_{DC}$ were affected by the type and thickness, an analysis of the electrical impedance curve revealed that $R_o(= R_{max}/R_{DC})$ and ${\Delta}f$ were not changed. Thus, $Q_{TS}$ which was function of $R_o$, ${\Delta}f$, and the resonance frequency, is only related to the resonance frequency. The increase of the resonance frequency led to a proportional rise of $Q_{TS}$. The change of the frequency response near the resonance frequency was not dependent on the type or thickness of the polymer diaphragm, but was affected by the resonance frequency.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

^3-4) 이러한 공명진동수의 변화가 마이크로스피커의 음질과 주파수특성에도 영향을 미치게 된다. 따라서 본 연구에서는 마이크로스피커의 공명진동수가 음질 또는 주파수특성에 미치는 영향을 조사하였다.

제안 방법

공명진동수에서 발생하는 최대임피던스(Rmax) 값에서 3dB가 감소된 임피던스(R1 = R2)를 갖는 주파수(f1 & f2)들 사이의 대역폭(∆f)을 진동판의 종류 및 두께에 따라 조사하였다(Table 3).
그때 마이크로스피커와 마이크로폰(1/2인치, B&K 4191) 사이의 거리는 10 cm를 유지하도록 하였다.
이 때 진동판의 종류는 폴리머 중에서 PEI, PET와 PPS로 선정하였으며, 각 종류들의 두께를 16 µm, 19 µm, 25 µm, 30 µm 그리고 38 µm으로 변화시켰다. 그리고 실험결과에 대한 신뢰성을 높이기 위하여 동일한 조건의 샘플을 3개씩 제작하여 분석하였다.
진동판의 재질별로 두께에 따라 실제로 측정된 공명진 동수(f )들을 선형적으로 피팅(linear fitting)하였다. 뿐만 아니라, 전기임피던스 곡선으로부터 얻어진 R_max, R_DC, f₁, f₂ 그리고 f_o 로부터 결정된 Q_TS 값을 공명진동수에서와 같이 선형적으로 피팅하였다. 이 공명진동수와 Q_TS 을 피팅한 직선들 사이의 관계를 얻기 위하여, 진동판의 두께가 16 µm 일 때의 값들로 각각을 정규화(normalization)시켰다.
이 공명진동수와 QTS 을 피팅한 직선들 사이의 관계를 얻기 위하여, 진동판의 두께가 16 µm 일 때의 값들로 각각을 정규화(normalization)시켰다.
이 때 진동판의 종류는 폴리머 중에서 PEI, PET와 PPS로 선정하였으며, 각 종류들의 두께를 16 µm, 19 µm, 25 µm, 30 µm 그리고 38 µm으로 변화시켰다.
진동판의 재질별로 두께에 따라 실제로 측정된 공명진 동수(f )들을 선형적으로 피팅(linear fitting)하였다.

대상 데이터

본 연구를 위하여 지름이 16 mm이고, 두께가 3.6 mm이며, 공칭 임피던스가 8Ω인 마이크로스피커를 사용하였다. 이 때 진동판의 종류는 폴리머 중에서 PEI, PET와 PPS로 선정하였으며, 각 종류들의 두께를 16 µm, 19 µm, 25 µm, 30 µm 그리고 38 µm으로 변화시켰다.

데이터처리

그리고 Ro값들로부터 결정된 평균값에 대한 유의확률이 유의수준보다 큰(p > α) 것으로 나타나 비유의적임을 평균검증(t-test)에서 보여주었다.
따라서 각 진동판의 종류별로 두께에 따른 측정값들을 이용하여 Ro과 ∆f에 대한 평균, 분산 그리고 표준편차를 SPSS 12.0을 이용해 통계적으로 살펴보았다(Table 2, 3).
047로 주어 졌다. 여기서 R_o의 평균값(= 1.81)에 대한 유의성을 평균 검증(t-test)을 통해 다시 확인하였는데, 이 때의 유의확률(p)이 0.8724로 주어졌음을 Table 2에서 보여준다. 신뢰도를 99%까지 높일 수 있도록 유의수준(α)을 0.

이론/모형

마이크로폰으로부터 나온 음향신호는 IEC 60268-5의 규격에 따라 오디오 분석기(B&K 3560C)를 통해 분석되었다.

성능/효과

8Hz임을 다시 확인해 주는 것이다. 그리고 분산과 표준편차와 평균값 사이의 비율이 높지 않은 것으로 나타났다. 다시 말하면, ∆f의 평균에 대한 표준편차의 비율이 단지 1.
따라서 평균값으로부터 각 측정값 사이의 오차는 R_o에서와 같이 실험적 측정오차 또는 스피커 제조과정에서의 오차라고 볼 수 있을 것이다. 따라서 f₁ 과 f₂ 사이의 대역폭인 ∆f값은 PEI, PET, PPS의 종류와 두께에 관계없이 일정하다는 것을 알 수 있었다.
이러한 결과로 부터 Q_TS로 지시되는 공명주파수 부근에서의 주파수특성은 단지 공명진동수에만 관계되는 것으로 드러났다. 따라서 폴리머 진동판의 경우에 종류와 두께에 관계없이 일정한 R_o과 ∆f값을 가지며, 공명진동수가 증가할 때에 Q_TS도 동시에 선형적으로 증가한다는 것을 알 수 있었다.
뿐만 아니라, ∆f도 그들에 의해 변하지 않는 것으로 나타났다. 이러한 결과로 부터 Q_TS로 지시되는 공명주파수 부근에서의 주파수특성은 단지 공명진동수에만 관계되는 것으로 드러났다. 따라서 폴리머 진동판의 경우에 종류와 두께에 관계없이 일정한 R_o과 ∆f값을 가지며, 공명진동수가 증가할 때에 Q_TS도 동시에 선형적으로 증가한다는 것을 알 수 있었다.
마이크로스피커에서 진동판의 재질로 많이 사용되는 폴리머의 종류와 두께를 변화시키게 되면 공명진동수를 포함하여 주파수특성이 변하게 된다. 전기임피던스 특성에 대한 분석으로부터 R_max와 R_DC의 값들은 진동판의 종류및 두께에 의해 달라지지만, 이들 사이의 비율(R_o)이 변하지 않는다는 것을 알 수 있었다. 뿐만 아니라, ∆f도 그들에 의해 변하지 않는 것으로 나타났다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	스피커의 크기가 감소할 경우 어떤 현상이 일어나는가?	이들 소형제품 들은 음향재생장치에 대한 크기의 감소를 필연적으로 요구하고 있다. 스피커의 크기가 감소할 경우에 공명진동 수가 높아지거나 출력이 감소하여 음질이 떨어질 수 있다. 이처럼 스피커의 크기감소에 따른 음질의 열화를 억제하기 위하여 많은 노력을 하고 있다.
	소형전자정보통신기기용 마이크로스피커의 진동판은 대부분 무엇을 사용하는가?	소형전자정보통신기기용 마이크로스피커의 진동판은 거의 대부분이 폴리머 계통의 재질을 사용하고 있다. 이런 과정에서 폴리머의 종류 또는 두께를 변화시켜가며 마이 크로스피커의 음향특성을 조정하기도 한다.
	마이크로스피커 진동판의 두께 변화를 통해 공명진동수가 변화하면 무엇에 영향을 미치는가?	이처럼 진동 판의 종류 또는 두께가 달라졌을 경우에 재료의 영률과 밀도 또는 스티프니스(stiffness)의 차이에 의해 공명진동 수와 같은 음향특성이 변한다는 것은 이미 보고된 바 있다. 3-4) 이러한 공명진동수의 변화가 마이크로스피커의 음 질과 주파수특성에도 영향을 미치게 된다. 따라서 본 연구에서는 마이크로스피커의 공명진동수가 음질 또는 주파수특성에 미치는 영향을 조사하였다.

참고문헌 (6)

M. R. Gander, J. Audio Eng. Soc., 34(9), 627 (1986).

상세보기
M. R. Gander, J. Audio Eng. Soc., 29(1), 10 (1981).
S. -J. Oh, Kor. J. Mater. Res., 20(12), 640 (2010) (in Korean).

원문보기 상세보기
S. -J. Oh, Sae Mulli, 52(6), 536 (2006).

상세보기
S. -M. Hwang, H. -J. Lee, J. -H. Kim, G. -Y. Hwang, W. -Y. Lee and B. -S. Kang, IEEE Trans. Magn., 39(5), 3259 (2003).

상세보기
G. -Y. Hwang, H. -G. Kim, S. -M. Hwang and B. -S. Kang, IEEE Trans. Magn., 38(5), 2376 (2002).

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